薄膜蒸發(fā)器在化工分離過程中的使用與選擇

孟海濤

【摘要】薄膜蒸發(fā)器是蒸發(fā)器的一種類型，其特點是物料沿加熱管壁呈膜狀流動而進行傳熱和蒸發(fā)，傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，物料停留時間短，適合熱敏性物質(zhì)的蒸發(fā)。按照成膜原因及流動方向，可分為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、刮膜蒸發(fā)器三種類型。

【關(guān)鍵詞】熱敏性 操作彈性 蒸發(fā)面積

在化工生產(chǎn)過程中，分離過程是一種常見操作，對易于分離的混合組分，可按照物料組分性質(zhì)的不同采取不同的分離技術(shù)。常見的液體分離采取精餾塔分離，固液分離常用結(jié)晶、壓濾、蒸發(fā)等方法分離。對于部分固液、液液組分，尤其是含有熱敏組分物料的分離常采用蒸發(fā)器進行蒸發(fā)分離，其中常見的設(shè)備就是薄膜蒸發(fā)器。對于現(xiàn)代制藥、食品以及高分子聚合過程的產(chǎn)物常常采用刮板式薄膜蒸發(fā)器，刮板式薄膜蒸發(fā)器一種高效蒸發(fā)、蒸餾設(shè)備，其主要是借助于高旋轉(zhuǎn)將液體分布成均勻薄膜而進行蒸發(fā)或蒸餾的。同時也可以利用刮板薄膜蒸發(fā)器進行脫臭、脫泡反應(yīng)及加熱、冷卻等單元操作，目前該裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中、西制藥、食品、輕工、石油、化工、環(huán)保等行業(yè)，尤其該設(shè)備可用于處理濃度高、粘度大、熱敏性、易結(jié)垢等特性物料。刮板薄膜蒸發(fā)器的操作比較靈活方便，處理不同物料時，對于其指標調(diào)整比較簡單。

薄膜蒸發(fā)器機組由蒸發(fā)器、汽液分離器、預(yù)熱器三個部件和一只簡易的分離器組成，蒸發(fā)器為升膜式列管換熱器，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)能力大、物料受熱時間短等特點，可廣泛適用于各種化工物料的稀溶液濃縮。物料從薄膜蒸發(fā)器上端進入蒸發(fā)器，在圓錐型薄膜蒸發(fā)器中，依賴于轉(zhuǎn)子的離心力，一個垂直于加熱面，另一個朝大直徑端體的方向，依靠這些力產(chǎn)生物料加速，而且進入的物料保證加熱面充分潮濕，不依賴于蒸發(fā)比或進料速度。在此過程中，輕組份順流穿過薄膜蒸發(fā)器進入汽液分離器，經(jīng)汽液分離所產(chǎn)生的液滴和泡沫被擊碎進入液相，被分離后的汽體進入外置冷凝器，冷凝下來的液體通過泵打到儲罐內(nèi);重組份沿著加熱壁面流出，通過泵打到下一工序。物料汽化后的氣體從加熱面送到外置的冷凝器，此過程產(chǎn)生一定的壓差。在一般的蒸發(fā)器中，這種壓力降通常是比較高的，不利于操作。而刮板式薄膜蒸發(fā)器有較大的氣體穿越空間，蒸發(fā)器內(nèi)壓力能看成與冷凝器中的壓力幾乎相等，因此，壓力降很小。這使得蒸發(fā)過程可以保持在較高真空度條件下進行。由于真空度的提高，可降低物料沸點，操作可以在較低溫度下進行，降低了產(chǎn)品的熱分解風險。

刮板式薄膜蒸發(fā)器的獨特結(jié)構(gòu)，刮膜器具有泵送作用，使得物料在蒸發(fā)器內(nèi)的停留時間短;在加熱的蒸發(fā)器上由于薄膜的高速湍流使得產(chǎn)品不會滯留在蒸發(fā)器表面。因此，比較適用于熱敏性物料的蒸發(fā)。

物料沸點的降低，增大了同熱介質(zhì)的溫度差;刮膜器的功能，減小了呈現(xiàn)湍流狀態(tài)的液膜厚度，降低了熱阻。同時可以抑制物料在加熱面結(jié)壁、結(jié)垢，并伴有良好的熱交換，尤其適用于易結(jié)皮、易分解的物料蒸發(fā)。由于刮板式薄膜蒸發(fā)器獨有的特性，使其適宜于處理熱敏性和要求平穩(wěn)蒸發(fā)的、高粘度的及隨濃度提高粘度急劇增加的物料，其蒸發(fā)過程也能平穩(wěn)蒸發(fā)。它還能成功地應(yīng)用于含固顆粒、結(jié)晶、聚合、結(jié)垢等物料的蒸發(fā)和蒸餾。

薄膜蒸發(fā)器性能的優(yōu)劣往往成為決定吸收效果的關(guān)鍵，旨在分離出混合氣中某種組分或多種組分的吸收操作，在選擇薄膜蒸發(fā)器時要考慮以下幾個方面的問題：

1.刮板形式及材質(zhì)的確定：根據(jù)物料的粘度、結(jié)晶傾向、泡沫等物化性能，選擇合適的刮板形式，同時考慮蒸發(fā)溫度，確定合適的材質(zhì);我們裝置選擇的薄膜蒸發(fā)器刮板是固定式彈性式的，材質(zhì)是PTFE加25%彈性纖維，蒸發(fā)器材質(zhì)的選擇確定。薄膜蒸發(fā)器的鋼材質(zhì)是耐高溫高壓的316L。

2.熱媒質(zhì)的確定：根據(jù)所需的蒸發(fā)溫度及消耗的熱量，確定采用蒸汽或熱水或?qū)嵊偷饶骋环N合適的熱媒質(zhì)。分離系統(tǒng)用的熱媒是熱油。真空度的確定：

3.蒸發(fā)面積的確定：蒸發(fā)量的計算，根據(jù)處理量及進.出料濃度，計算出單位時間的蒸發(fā)量。每個小時的進料量是一定的，根據(jù)蒸發(fā)出的輕組分和重組份，可以算出需要蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積。

4.真空度的獲得是以消耗能量為代價，只要滿足蒸發(fā)要求，不必要求過高的真空度;真空度大，相應(yīng)成本也就高，所以真空度是重要的需要考慮的方面。

結(jié)論：薄膜蒸發(fā)器在化工過程中的使用廣泛，在使用過程中需要考慮物料的性質(zhì)，尤其是物料的分解特性、腐蝕特性，在操作過程中應(yīng)當注意物料的進料量和操作溫度，以便達到最好的分離效果。

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